纳米金刚石薄膜的微结构和残余应力
纳米薄膜力学性能的尺寸相关性及其残余应力分析
中图分 类 号 ： ４ ４ ０ ６ ０ ８ ３ ９
文献标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：８ ２ １ １ （ ０ ８ ０ — ０ ４ ０ １ １ — ９ ８ ２ ０ ）３ ０ ０ — ４
０ 引 言
根据 信 息产 业界 公认 的摩 尔定律 ，集 成 电路
多学 科交 叉 的前沿 学科 领 域 ，成 为 国 内外 研 究热
（． １中山 大学工 学 院 ， 广 东 广 州 ５０ ７ ） １２ ５ （ ． 东省 建筑科 学研 究院 ， 广 东 广 州 ５ ００ ） ２广 １５０
（． ３中山大 学物理科 学与工 程技 术 学 院 ， 广 东 广 州 ５ ０ ７ ） １２ ５
摘
要： 系统地分析 了纳米薄膜残余应力产生的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理机制 ， 重点讨论 了表 面应力对纳米薄膜的影
制造工艺进入纳米尺度时代。新兴 的 Ｎ Ｍ 作为 Ｅ Ｓ
收稿 日期 ：０ ８ ０ — ５ ２ ０— ４ ２
以及 防腐蚀层等等 。由于 Ｎ Ｍ 元器件的工作条 Ｅ Ｓ
件 恶 劣 ， 常伴 随着 高 温 差 、 电磁 场 、 应力 等 常 高 高
情况 ， 这对薄膜 的机械强度、 稳定性和可靠性等提 出较高要求 。残余应力严重地影响着纳米薄膜的
（．ｕ ｎ ｄ ｎ ｒｖｎｉｌ ｃ ｄ ｍ ｆ ｕｌｉｇＲ ｓａｃ ， Ｇ ａｇｈ ｕ ５ ０ ， Ｃ ｉａ ２Ｇ ａ ｇ ｏ ｇＰｏ ｉｃａ Ａ ａ ｅ ｙｏ ｉ ｎ ｅｅ ｒｈ Ｂ ｄ ｕｎ ｚｏ ５ ０ １ ０ ｈｎ ） ｆ． ｈ ｏ ｏ ｈ ｓ ｓａ ｄＥ ｇｎｅｉｇＳ ｎＹ ｔＳ ｎＵ ｉ ｒｉ ， Ｇ ａ ｇｈ ｕ ５ ２ ５ Ｃ ｉａ ３Ｓ ｏ ｌ ｆ ｙｉ ｎ ｎ ｉｅｒ ｕ ａ— ｅ ｎｖ ｓｙ ｃ Ｐ ｃ ｎ ｅ ｔ ｕ ｎ ｚｏ ７ ， ｈｎ ） １ ０
纳米光学金刚石薄膜的分析与改进
纳米光学金刚石薄膜的分析与改进
纳米光学金刚石薄膜的分析与改进
由于极其优良的热学和光学性能,纳米金刚石薄膜极有可能应用于背投电视的激光光学窗口.文章通过在热丝辅助化学气相沉积法中采用偏压增强成核(BEN-HFCVD),成功地在(100)硅衬底上制得了适于作为光学窗口的高质量的.光学级纳米金刚石薄膜,采用的偏压为-30 V.通过表征制备的纳米金刚石薄膜,发现它具有光滑的表面,表面均方根粗糙度(RMS)约为10 nm,并且对自支撑纳米金刚石薄膜进行透射光谱分析得到其透射率达到了50 %.
作者：胡广王林军祝雪丰刘建民黄健徐金勇夏义本HU Guang WANG Lin-jun ZHU Xue-feng LIU Jian-min HUANG Jian XU Jin-yong XIA Yi-ben 作者单位：上海大学,材料科学与工程学院,上海,200072 刊名：液晶与显示 ISTIC PKU 英文刊名： CHINESE JOURNAL OF LIQUID CRYSTALS AND DISPLAYS 年，卷(期)：2007 22(5) 分类号： O484 关键词：纳米金刚石光学性质表面粗糙度偏压增强成核-热丝辅助化学气相沉积法 nano-diamond optical properties surface roughness bias enhanced nucleation hot filament chemical vapor deposition。
-纳米金刚石薄膜
纳米金刚石薄膜摘要纳米金刚石膜的研究已经成为CVD 金刚石膜研究领域的一个新的热点。
本文重点阐述了纳米金刚石薄膜的制备、表征以及它的性能和应用，最后引出其将来的应用前景。
关键词纳米金刚石薄膜，制备，表征，性能及应用Nanocrystalline diamond filmsABSTRACT Nanocrystalline diamond films have become a new ”hot point”in the development of diamond films prepared by chemical vapor deposition. This article mainly illustrates the preparation, indications , performance and applications about the nanodiamond film. Finally,po tential applications of these films are discussed.KEY WORDS nanocrystalline diamond films, preparation,characterization，property and applications1 引言金刚石是目前自然界中已知硬度最高的物质，在力学、热学、光学、电学和化学等方面拥有许多优异的性能。
但自然界中天然金刚石的含量却非常少，人工制备也比较困难，主要由于低压时金刚石是亚稳相，而石墨为稳相，长期以来，在经典热力学中似乎认为在低压下由石墨相制造金刚石是不可能的。
直到1970年前后，前苏联Deryaguin , Spitsyn和Fedoseev等成功地实现了低压条件下从石墨到金刚石的转变，并在1976年公开发表了非金刚石衬底上气相生长金刚石的美丽晶体照片，人们才改变了低压下不能合成金刚石的传统观点。
纳米金刚石薄膜的制备机理及其机械性能研究
2016年3月刊【摘要】金刚石在力学、热学、电学、化学等方面有着重要的性能，而且金刚石在当前条件下是硬度最高的物质，在实际的生活和生产中均发挥着重要作用，但是由于天然的金刚石数量有限，人们需要通过不同的方法去制备人工金刚石。
本文主要探讨的是纳米金刚石薄膜的制备机理及其机械性能研究问题，在具体的探讨过程中首先从纳米金刚石的概述入手去分析，其次对纳米金刚石膜的制备工艺进行了研究分析，最后分析了纳米金刚石薄膜的机械性能。
【关键词】纳米金刚石薄膜；制备机理；机械性能；研究分析金刚石在实际的生活和生产中有着重要的应用价值，鉴于天然金刚石含量较少，许多学者通过深入研究分析得到了人工金刚石的制备方法，在当前条件下，微米金刚石膜的制备工艺取得了重要进展，但是在实际的应用过程中人们发现，微米金刚石表面相对较为粗糙，应用范围有限，同时由于微米金刚石内部存在的缺陷导致其实际性质发生了改变，这样人们又开始深入研究纳米金刚石薄膜的制备，本文主要就纳米金刚石薄膜的制备机理及其机械性能研究分析如下：一、纳米金刚石概述随着纳米技术以及微机电系统的进一步发展，为纳米金刚石薄膜的研究提供了基础保障，纳米金刚石材料由于其颗粒较小，已经达到了纳米级别，所以由其制成的纳米金刚石无论是在尺寸方面还是在相关的性能表现方面，均有了重要改善。
微米金刚石薄膜的晶粒尺寸大约是几十微米，但是纳米金刚石薄膜的晶粒尺寸可以达到３—２０纳米，微米金刚石薄膜的表面比较粗糙，但是纳米金刚石的表面粗糙度小于０．４８，此外，纳米金刚石薄膜的摩擦系数也减少了，正是基于以上的诸多优点，纳米金刚石在众多的行业领域都有重要的应用价值，比如在刀具涂层、电化学工业、光学保护膜等。
二、纳米金刚石膜的制备工艺研究分析纳米金刚石薄膜在制备过程中通常采用的是化学气象沉积法制备，其基本原理为混合含碳的氧气以及过饱和的氢气，然后通过某种方法实施活化，然后在规定的气体成分、衬底温度、活化能能量等相关条件下，在衬底表面逐渐的形成金刚石薄膜，从而完成人工金刚石薄膜的制备。
纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究
６ ・ ２
纳米 结构 陶瓷涂层磨 削表面残余应力 的研 究 术
刘 伟香 周 忠 于 ，
（． １ 湖南理 工学院 机械 学院， 南 岳阳 ４ ４０ ；． 阳市交通培训 中心 ， 湖 １００２ 岳 湖南 岳 阳 ４ ４０ １００）
摘要 ： 用金刚石砂轮对 ｎ ＷＣ １Ｃ 涂层精 密磨 削后 ， — ／２ ｏ 零件表 面存在 残余应 力， 出本 次研 究的 结论 ， 出进 一步研 究的 得 提
ＬＩ ｅｘ ａ ｇ ，ＺＨ ＯＵ ｏ ｙ Ｕ Ｗ ｉｉ ｎ Ｚｈ ｎｇ ｕ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｔｒｐ ｅ ｉｅ ｇ ｉ ｄ ｎ — Ｃ １ Ｃｏ ｃ ａｉ ｇ ｔ ｉｍｏ ｄ ｗ ｅ ｌ，ｔ ｅｅ ｉ ｒ ｓｄ ａ ｔ ｓ ｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｆｐ ｒ ， ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｆｅ ｒ ｃｓ ｒｎ ｉ ｇ ｎ Ｗ ／ ２ ｏ ｔ ｓｗｉ ｄ ａ ｎ ｈ ｅ ｎ ｈ ｈ ｒ ｓ ｅ ｉ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｏ ｈ ｕ ｆ ｅ ｏ ａｔ ｔ ｒ ａ ｓ ｈ
纳米结构 ＷＣ １Ｃ （ —ＷＣ １Ｃ ） ／２ｏ ｎ ／２ ｏ 涂层材料是近年
磨损性能 、 表面硬度 、 断裂强度 、 疲劳强度 、 腐蚀强度都有
影响。
来国内外迅速发展的一种新型工程材料 ， 良的性能使 其优
其在工程上有着』 泛的应用前景。然而正 由于它的高硬
度和 良好 的耐磨 性使 其很 难加 工 ， 采用金 刚石 砂 轮 的磨 削 加工 是纳 米结 构 ＷＣ １Ｃ 涂 层 的 主要 加 工 方法 ， ／２ ｏ 由于磨
如何降低磨削表面残余应力 ， 提高零件表面质量 ， 提高其 使用可靠性和寿命 ， 着重要的意义。 有
面残余应力 的影响最大 ， 切削应力对残余应 力的影 响
纳米金刚石薄膜的制备与应用综述
纳米金刚石薄膜的制备与应用综述作者：李育凌来源：《科技风》2019年第05期摘要：本文根据前人的研究，从制备方法，制备过程中的影响因素及应用等方面对纳米金刚石薄膜的相关特性做了总结。
关键词：纳米金刚石薄膜;制备;应用1 纳米金刚石薄膜（纳米金刚石）的制备1.1 主要制备方法1.1.1 HFCVD法热丝化学气相沉积（HFCVD）法沉积金刚石膜，主要是将含有碳源的反应气体通过热丝产生的大于2000℃的高温，热解为活性基团，通过活性基团的相互作用形成sp3键型的金刚石相，同时被离化的原子氢将对基片上sp2键型的石墨相进行刻蚀，在基片表面最终形成sp3键型的金刚石相，最后在在经过金刚石微粉研磨处理后的硅片上沉积出结构致密、质量良好的纳米金刚石薄膜。
1.1.2 MPCVD法在微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法中，微波源产生的微波通过波导耦合并穿过绝缘窗口（通常为石英）进入反应腔体放电，同时将含有碳源的反应气体通入腔体，腔体中，气体分子的电子在吸收微波能量生成反应活性基团，通过活性基团的相互作用在等离子体球的基片表面沉积得到金刚石薄膜。
1.1.3 直流电弧等离子体CVD法在直流电弧等离子体CVD法利用直流放电产生等离子体，等离子体和含有碳源的反应气体作用，在衬底上沉积出金刚石薄膜。
在该过程中，等离子体的自加热效应将衬底加热，并可以通過调节放电电流来调节衬底的温度。
由于放电区域较大，该方法制备的纳米金刚石薄膜的均匀性非常好。
1.2 制备过程中的影响因素1.2.1 生长时间对纳米金刚石薄膜微结构的影响在其他条件相同的情况下，生长时间越长，纳米金刚石薄膜的厚度越大。
厚度的增加会导致薄膜中纳米金刚石晶粒尺寸减小、非晶态石墨团簇尺寸增大、有序度提高。
另外，薄膜后幅增加还会导致sp2碳团簇数量增多或尺寸变大，即薄膜表面颗粒大小和金刚石含量无较大变化，但金刚石晶粒大小会不断减小。
因此，薄膜厚度增加会使晶界的导电网络密度变大，对其的导电性有明显影响。
13.第十三讲-纳米金刚石镀膜
第十三节 Tac非晶四面体金刚石（纳米金刚石镀膜）纳米金刚石镀膜，是一种源于太空技术的镀膜技术。
该技术生产的纳米级非晶金刚石薄膜最薄可以达到2纳米，金刚石结构SP3的含量超过80%。
这样的薄膜具有天然金刚石的许多优异特性：它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高绝缘、高导热率、摩擦系数低、膜层均匀、致密度高、耐腐蚀和附着力高等特点，薄膜还具有无色透明，对材质的光学特性基本不产生影响。
摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。
它是和表面的粗糙度有关，而和接触面积的大小无关。
依运动的性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。
滑动摩擦力是两物体相互接触发生相对滑动而产生的。
一、结构：非晶四面体二、成分：金刚石三、性能：1）硬度：8000HV2）摩擦系数：＜0.1，基材光洁度越高，摩擦系数越好，最高可达到0.001以内 (摩擦系数是一个系数，没有计量单位)；3）导热性：散热快；4）绝缘性：高；5）稳定性：耐腐蚀性好；6）镀膜温度：低温60 ℃；7）膜厚：0.1微米；四、与其它表面处理的效果对比：光洁度高、易脱模、寿命高；五、加工方式：1）镀膜是通过溅射的方式，依垂直的方向把金刚石镀到基材上的，垂直加工到的面效果更好；侧面加工出来的镀膜层会薄一些，若要把侧面加工的厚度后也达到0.1微米，就要多镀几次，但要把其它已OK的镀膜面遮挡起来，否则一直镀，镀膜层太厚会裂开；2）盲孔或窄槽位：加工到的径深比为1:1(加工到的深度为孔径的尺寸)；2）通孔：可以加工，但侧壁的厚度会薄一些，要多镀几次；4）退镀膜：是通过等离子退镀层，退的时长是加工的5倍左右；六、纳米金刚石镀膜的特性：1、高硬度，国内国际的多项测定表明，纳米压入仪测定的硬度达到80GPa（HV8000），经由纳米金刚石镀膜的工具及产品，硬度远远大于未经镀膜的；2、镀膜与基体的结合度极高，不会产生镀膜层脱落；3、摩擦系数低至0.092-0.105（对金属钢）；4、耐磨性能急速提高。
纳米薄膜材料的应力行为研究
纳米薄膜材料的应力行为研究引言：纳米薄膜材料是一种厚度在纳米尺寸范围内的薄膜材料，具有独特的物理和化学性质。
在纳米材料的尺寸效应下，其应力行为与传统材料存在显著差异。
由于纳米薄膜材料的应力行为对其性能和稳定性具有重要影响，对其应力行为进行深入研究具有重要的理论和实际意义。
本文将重点探讨纳米薄膜材料的应力行为研究的相关内容。
1.纳米薄膜材料的应力来源纳米薄膜材料的应力可以来自多种源。
首先，纳米薄膜材料与基底的晶格匹配度不完美，存在晶格应变，导致薄膜材料存在内部应力。
其次，由于纳米薄膜的制备过程中可能存在的工艺参数变化，导致薄膜材料内部存在残余应力。
此外，纳米薄膜材料表面的氧化或者涂层可以引入额外的应力。
这些应力来源共同作用在纳米薄膜材料上，产生复杂的应力行为。
2.纳米薄膜材料的力学性质纳米薄膜材料在应力作用下表现出与体材料不同的力学性质。
一方面，纳米薄膜材料的弹性模量和屈服强度会随着薄膜厚度的减小而发生变化，呈现尺寸效应。
这种尺寸效应主要由于薄膜材料的晶体结构在纳米尺寸下的改变所引起。
另一方面，纳米薄膜材料还表现出剪切应力集中和变形局部化等特点。
这些力学性质的变化将显著影响纳米薄膜材料的力学性能和稳定性。
3.纳米薄膜材料的应力测量方法为了研究纳米薄膜材料的应力行为，科研人员提出了多种应力测量方法。
其中最常用的方法包括X射线衍射测量、激光散射测量、原子力显微镜测量等。
这些方法可以通过测量纳米薄膜材料的应变或者表面变形来间接获得其应力信息。
另外，还有一些新兴的纳米力学测试方法，如压痕、扫描电子显微镜等，也被用于研究纳米薄膜材料的应力行为。
4.纳米薄膜材料的应力演化行为纳米薄膜材料在长时间作用下，其应力会发生演化。
这种演化可能包括塑性迁移、弛豫、弹性回复等行为。
尤其是在高温和大应力条件下，纳米薄膜材料的应力演化行为更加显著。
研究纳米薄膜材料的应力演化行为有助于了解其力学性质的动态变化，并提供优化设计纳米薄膜材料的依据。
金刚石薄膜分类
金刚石薄膜分类
金刚石薄膜是一种重要的功能材料，在许多领域有广泛的应用，如信息技术、生命科学、能源储存等。
根据制备方法、结构特征、性能表现等方面，可以将金刚石薄膜分为不同的类别。
其中，常见的几种金刚石薄膜分类如下：
1. 晶体金刚石薄膜：晶体金刚石薄膜是用气相沉积等方法在基底上生长的金刚石晶体。
这种薄膜具有优异的热导率、硬度、化学稳定性和机械性能，是一种理想的高温、高压和高频电子器件材料。
2. 纳米金刚石薄膜：纳米金刚石薄膜是由纳米尺度的金刚石颗粒组成的薄膜。
这种薄膜具有高比表面积、优异的化学稳定性、生物相容性和光学性能，是一种重要的生物传感器、光学波导和催化剂材料。
3. 多层金刚石薄膜：多层金刚石薄膜是由多个金刚石薄膜层组成的复合材料。
这种薄膜具有优异的耐磨、耐腐蚀和抗刮擦性能，是一种理想的涂层材料，广泛应用于机器制造、汽车工业和航空航天领域。
4. 氢化金刚石薄膜：氢化金刚石薄膜是在金刚石薄膜表面加氢处理后形成的。
这种薄膜具有高的光学透过率、低的摩擦系数和压电效应，是一种理想的光学透镜、摩擦材料和传感器材料。
5. 氮化金刚石薄膜：氮化金刚石薄膜是在金刚石薄膜表面氮化处理后形成的。
这种薄膜具有优异的导电性、光学性能和生物相容
性，是一种重要的半导体材料、生物传感器和光电器件材料。
以上就是金刚石薄膜的一些常见分类，不同类别的金刚石薄膜在不同领域具有广泛的应用前景和发展潜力。
自支撑硼掺杂金刚石膜残余应力和微观应力的XRD分析
为 样 品生长之前 , 用平 均粒 径为
晶面增多 , 孪晶数 目 减少 说明硼的掺
入起到改变薄膜晶粒尺寸 、生长取 向 、孪晶出现等作 用
结 构分析
℃反 , 偏压
拼 的金
膜的微观应力随着硼流量的增 加, 由拉应力转变为压应力然后又转变 为拉应力 杂导致的多晶膜 中晶粒尺寸 、晶面取向及孪 晶变化的共同作用 残余应力和微观应力 的变化归因于一定量的硼掺
关键词
无 机非金属材料 ,
金刚石 膜, 硼 掺杂 ,
,残 余应力 , 微观应力
分类号
文章编号
一
一
一
一 一
孔
几 亡
一
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劣 尸 二。 几 几 , 五乞 二 ” 咫 , , 二 夕 二 几 夕 忍
着硼流量的增加 , 当硼流量进一步增加 ,
品已获得有效的硼掺杂 ` ”,`
入
征和分析
样品由
一
。,
表
显现的主要是 和 晶面 这与 观察 到的结果相吻合 从硼掺杂多晶金刚石薄膜的
衍 射峰 强度和
硼 流 址的 关系 图
和扫 描 电子显 微镜 应用 法计算残 余应力
一
衍射 峰强度 比值
与
可以看 出 , 随着 硼流量 的增 加 ,
川 晶面衍射峰 而高衍射角处对应
、
及
晶面的
衍射峰 很弱 图中未标出 , 说 明 【 」 取向 的晶面很少显现 通过对比各晶面取向的特征衍射峰
的强度可 以看 出 。 未 掺杂 的多晶金 刚石膜显现 的主要
℃ 左右 样品在生长结束降温过程中因热膨胀系 数 的不 同与钥 衬底脱 离 , 形成 自支 撑膜 沉积 时 间根
纳米金刚石膜——一种新的具有广阔应用前景的CVD金刚石
第 ３ 卷 第 ２期 ｌ
２ ∞ 年 ４月 ０
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纳 米 金 刚石膜 —— 一种 新 的具 有 广 阔 应 用前 景 的 Ｃ Ｄ 金 刚石 Ｖ
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微米及纳米金刚石薄膜的制备及其组织性能研究(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟微米及纳米金刚石薄膜的制备及其组织性能研究(1)采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）方法在铜衬底上沉积了微米和纳米两种金刚石薄膜，过渡层均为钛－铝－钼。
用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察薄膜的表面及断面形貌，用拉曼（Raman）光谱测量所得金刚石薄膜的质量，利用压痕法测试了所得薄膜的附着性能，研究结果表明：过渡层可有效提高微米金刚石薄膜在铜衬底上的附着力，反应气氛中Ar 的存在可促使纳米金刚石薄膜的形成，改善薄膜表面的粗糙度。
金刚石具有诸多优异的力、热、光、电等性质，同时也具有优良的化学惰性，很好的热稳定性等，在机械、光学、电子学及声学等领域有着广阔的应用前景，但是其数量稀少且价格昂贵，因而在现实中的应用是十分有限的。
上个世纪80 年代初苏联的Spitsyn 和日本的Matsumoto 等人发明了低压气相合成金刚石膜技术，用该种方法制备的金刚石薄膜，其性能接近天然金刚石，因而金刚石薄膜一经问世就迅速达到商业化应用的水平，从而在世界范围内掀起了研究金刚石薄膜的热潮。
经过20 多年的研究，金刚石薄膜在机械加工领域已经获得成功应用，尤其是在切削领域，如使用金刚石薄膜后的刀具可显著延长使用寿命。
但金刚石薄膜应用于精细抛光领域的报道则很少。
随着光学玻璃抛光工艺不断向前发展，对抛光材料的选取有了新的要求，不但要求抛光材料表面平滑、硬度适宜，而且要求其成本低廉、效率较高。
纳米金刚石具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等优点，因而具备良好的磨削性能。
因而将纳米金刚石薄膜镀在可弯曲的铜箔上将可以应用于玻璃的精细加工领域。
铜与金刚石具有相似的晶格结构，且铜的晶格常数为0.361 nm，与金刚。
MPCVD法纳米金刚石膜的制备及分析
第29卷第1期 人 工 晶 体 学 报 V ol.29 N o.1 2000年2月 JOURNA L OF SY NTHETIC CRY ST A LS February,2000MPCV D法纳米金刚石膜的制备及分析杨武保,吕反修,唐伟忠,佟玉梅,于文秀(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要:利用MPC VD方法在玻璃基片上成功的制备了非常光滑、致密均匀的纳米金刚石膜。
沉积工艺分为两步:成核,CH4/H2=3%;生长,O2/CH4/H2=0.3∶3∶100;沉积过程中保持工作压力为4.0kPa,衬底温度500℃。
拉曼、透射电镜、红外光谱、表面轮廓仪等的测试表明:膜层由纳米级金刚石晶粒组成,最大晶粒尺寸小于100nm,成核密度大于1011/cm2。
成核面晶粒的点阵常数较大,表明存在较多缺陷,表面粗糙度小于2nm,在可见光区完全透明,红外光学性能接近金刚石单晶理论值。
关键词:MPC VD;纳米金刚石膜;拉曼光谱;红外光谱中图分类号:O781 文献标识码:A 文章编号:10002985X(2000)0120012205 Preparation and Characterization of N anocrystallineDiamond Films by MPCV D MethodY ANG Wu2bao,LU Fan2xiu,T ANG Wei2zhong,TONG Yu2mei,YU Wen2xiu (School of M aterials Science and Engineering,University of Science and T echnology Beijing,Beijing100083,China)(Recieved8November1999,accepted10December1999)Abstract:Highly uniform,sm ooth nanocrystalline diam ond films have been success fully fabricated with a microwave chemical vapor deposition system.Deposition process are CH4/H2=3%in nucleation stage and O2/CH4/H2=0.3∶3∶100in growth.The chamber pressure was kept at4.0kPa,and the substrate tem perature was controlled at500℃.Raman spectroscopy,transmission electron microscopy,surface roughness measurement,and in frared spectroscopy have been used for characterization.Diam ond films obtained under these conditions have grain sizes less than100nm,nucleation density higher than1011/cm2,and a mean roughness ofsurface less than2nm.G ood IR property has been shown.K ey w ords:MPC VD;nanocrystal diam ond film;Raman spectrum;IR spectrum1 引 言由于金刚石具有极其优异的光学性能和最高的硬度、热导率和极佳的化学稳定性,因此化学气相沉积金刚石膜光学涂层具有广阔的应用前景和十分重要的意义。
用纳米压痕法表征薄膜的应力-应变关系
本文首先介绍了本课题的研究背景和研究现状，对纳米压痕技术进行了较为 详细的叙述，阐明了我们选取本课题的依据。接着按如下思路归纳出了测量脆性 薄膜/韧性基底、脆性薄膜/脆性基底、韧性薄膜/脆性基底以及韧性薄膜/韧性基 底 四 种 膜 / 基 组 合 材 料 力 学 性 能 的 理 论 框 架 ：首 先 用 量 纲 分 析 的 方 法 将 纳 米 压 痕 过 程与被测材料的力学性能，如弹性模量、屈服强度及应变硬化指数等联系起来， 建立起两者之间简单的无量纲函数关系的结构形式，其次用有限元方法模拟压头 压 入 材 料 的 过 程 ，分 析 得 到 无 量 纲 函 数 的 具 体 形 式 ，最 后 根 据 实 测 的 载 荷 - 位 移 曲 线确定所需测量的力学性能参量。本文另一主要工作是详细介绍了用纳米压痕法 测 量 电 沉 积 镍 镀 层 应 力 -应 变 关 系 的 过 程 。 用 ABAQUS 有 限 元 软 件 模 拟 了 Berkovich 压头压入镍镀层 1000nm 的压痕过程，结合量纲分析得到的无量纲函数 关系式与实测的载荷-位移曲线，求得了电沉积镍镀层的屈服强度与应变硬化指 数 。本 文 还 引 用 了 马 德 军 用 纳 米 压 痕 法 测 量 韧 性 薄 膜 / 脆 性 基 底 组 合 材 料 的 力 学 性 能的工作。根据这两个实例，我们证明了该理论框架的可行性。
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湘潭大学硕士毕业论文
用纳米压痕法表征薄膜的应力-应变关系
自由 膜
部分约束
完全约束
线
岛或点
金属掺杂类金刚石纳米复合涂层的制备、结构与性能
金属掺杂类金刚石纳米复合涂层的制备、结构与性能∗代伟【摘要】金属掺杂类金刚石纳米复合薄膜(Me-DLC膜)具有诸多优异的力学、摩擦学、电学和生物学特性，尤其因其在降低残余应力方面的显著功效，近年来成为新型碳功能材料领域的研究热点和重要分支。
主要综述了Me-DLC膜的常用制备技术，对金属掺杂导致类金刚石(DLC)薄膜的组分、结构和性能的变化规律进行了分析，阐述了金属掺杂导致的薄膜微结构演化与硬度、摩擦因数和残余应力之间的作用关系，最后提出了发展Me-DLC纳米复合薄膜的一些关键研究问题。
%Recently,the metal doped diamond-like carbon (Me-DLC)nanocomposite films have drawn more attention due to their superior mechanical,tribological,electrical,and biological compatibility properties comparing with the pure DLC films.The typical synthesistechnology,correlation among film composition,microstructure and properties are re-viewed.Particularly,the effect of microstructure evolution caused by the incorporated metal atoms on the hardness,friction coefficient,and residual stress of Me-DLC nanocomposite films are focused.The solid solubility of metals in DLC films de-posited by various methods is also referred,which would help to understand the microstructure evolutions due to the doped metals.The present problems and the future research issues have also been pointed out at last.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P124-126,127)【关键词】Me-DLC纳米复合;合成;微结构;性能【作者】代伟【作者单位】广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TB383DLC薄膜是一大类亚稳态的无定形碳材料，是类石墨的sp2 碳原子键结构和类金刚石sp3碳原子键混合结构[1]。
织构CVD金刚石附着膜残余应力分析_李晓伟
织构C VD金刚石附着膜残余应力分析*李晓伟1,2**,李翠平1,杨保和2(1.天津大学电子信息工程学院,天津,300072;2.天津理工大学电信学院,薄膜电子与通信器件天津市重点实验室,天津300384)摘要:利用微波等离子体化学气相沉积(CVD)方法,在(100)P型Si衬底上沉积得到{110}织构金刚石膜样品,并对其作退火处理。
拉曼光谱和高角度X射线衍射(XRD)线型测试结果表明:{110}织构金刚石膜由于晶粒排布的有序程度提高,本征张应力较小,样品内残余应力与其热应力状态一样,均表现为压应力,且随膜的增厚,残余压应力绝对值变大,呈现随厚度的梯度分布;400e退火3h后,膜内残余应力状态发生改变,说明退火处理可以有效调整膜内残余应力。
关键词:化学气相沉积(CVD)金刚石膜;残余应力;织构;拉曼光谱;X射线;退火中图分类号:O484文献标识码:A文章编号:1005-0086(2009)07-0901-04R esid u al stress in textu red C VD d iamond attach ed filmLI Xiao-wei1,2**,LI Cu-i ping1,YANG Bao-he2(1.School of Electronic and Information Eng ineering,T ianjin University,T ianjin,300072,China; 2.Schoo l of Elec-troni cs Information Engineering,T ianjin Key Laboratory for Film Electronic and Communication Device,T ianjin U-niversity of Technology,T ianjin300384,China)Ab st ract:Diamond films with{110}t exture were de posit e d on(100)p-Si substrate under5000W by microwave plasma CVD,annealing process was adopted t o adjust residual stre ss in film.Key findings through Raman spectroscopy and high angle X-ray line shape show that the intrinsic tensile stress in all specimens is very small due to t he inc rease of t he order of grain distribution.Also,it can be found that residual stress exhibits compressive,smiliar with the state of its thermal stress.Furt her,absolute value of residual compressive stress increases with the incre ased thickness of films,exhibit s gradient distribu-t ion.After annealing of thre e hours under400e,the state of re sidual stress c hanges,from c ompressive stress to tensile stress,whic h proves annealing process is a prope r choic e t o eliminate residual stre ss. Ke y wor ds:chemical vapor de posit e d(CVD)diamond film;residual stress;texture;Raman spectrosco-py;X-ray;annealing1引言残余应力在化学气相沉积(CVD)金刚石膜内普遍存在[1],限制了CVD金刚石膜的性能发挥,约束了其应用,因此,了解和分析金刚石膜内残余应力状态及其影响因素并作相应的消除应力处理,显得格外重要。
微-纳米复合金刚石薄膜的制备与性能研究
微-纳米复合金刚石薄膜的制备与性能研究
柴士磊;史新伟;周秋霞;靳慧智;姚宁;王新昌;张兵临
【期刊名称】《材料保护》
【年(卷),期】2008(41)2
【摘要】在钛-铝-钼为过渡层的Cu片上,用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法首先沉积一层微米金刚石薄膜,然后沉积纳米金刚石薄膜,制备了微-纳米复合金刚石薄膜。
利用扫描电镜(SEM)观察薄膜的表面形貌及界面状态,利用拉曼光谱及X 射线衍射对薄膜微结构进行分析并采用压痕法检测了膜基间的结合力并观察了压痕的状态。
结果表明,该薄膜下层颗粒粗大,是微米级的金刚石,上层颗粒细小,是纳米级的金刚石,薄膜表面平整光滑;薄膜的附着力与纳米金刚石沉积时间的长短有关,当沉积时间为2h时,薄膜与衬底的结合力最好。
【总页数】4页(P11-13)
【关键词】MPCVD;微-纳米复合金刚石薄膜;附着力;界面
【作者】柴士磊;史新伟;周秋霞;靳慧智;姚宁;王新昌;张兵临
【作者单位】郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ153.1
【相关文献】
1.环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的制备与性能研究 [J], 胡凯丽;尹文华;张俊珩;周继亮;张道洪
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